如图所示的电路,电源电压保持不变.只闭合S1和S3时,电流表的示数为I1;断开S1,闭合S2、S3和S4时,电流表的示数为I2;当闭合S1、S4,断开S2和S3,电阻R3消耗的功率为10W,已知I1:I2=2:3,R3=2R2,计算:(1)R1与R2的比值;(2)该电路消耗的最大电功率.
网友回答
解:首先简化电路,等效电路图如下:
只闭合S1和S3时,I1=-------------------------------①
断开S1,闭合S2、S3和S4时,I2=----------------②
又--------③
R3=2R2------------④
解①②③④组合得:R1=R2=,
∴R1与R2的比值为1:1
(2)当闭合S1、S4,断开S2和S3,电阻R1、R2、R3串联,因R1=R2=,根据串联电路的分压特点可知,
因这时,R3消耗的功率为10W,∴=×10W=5W
且由U1+U2+U3=U得:
所以当R1、R2、R3两端的电压为U时由P=得:
P1′==16P1=16×5W=80W,
P2′==16P2=16×5W=80W,
P3′==4P3,=4×10W=40W,
开关都闭合时,R1、R2、R3并联,此时电路消耗的功率最大.
R1、R2、R3两端电压均为U,所以P=P1′+P2′+P3′=80W+80W+40W=200W.
答:(1)R1与R2的比值为1:1;(2)该电路消耗的最大电功率为200W.
解析分析:(1)先分析电路连接情况,画出等效电路图,利用欧姆定律分别求出I1、I2,然后代入已知I1:I2=2:3中可求出R1与R2的比值;
(2)该电路消耗的电功率最大时是将R1、R2、R3并联在电源两端,因当闭合S1、S4,断开S2和S3,R1、R2、R3是串联,电阻R3消耗的功率为10W,根据串联电路的电阻和功率的关系先求出串联时各电阻的功率,然后根据电阻由串联变为并联时,各自电阻上电压的变化利用公式=可求出在电阻两端电压为电源电压时各自电阻上的功率,最后各自电阻上的功率之和就是该电路消耗的最大电功率.
点评:本题考查串并联电路上各电阻上的功率、电压与电阻值之间特点的应用,记住串联电路中电流相等,功率、电压与电阻成正比,并联电路中电压相等,功率、电流与电阻成反比;对于阻值一定的电阻来说,消耗的功率与它两端的电压的平方成正比.